鉛酸蓄電池組電壓自動(dòng)平衡儀

1　引言

　　鉛酸蓄電池被廣泛用于郵電、鐵路、電力以及其它通訊部門(mén)。它具有使用方便、性能穩定、維護量少等優(yōu)點(diǎn)，受到用戶(hù)歡迎。 但在使用中，鉛酸蓄電池組主要是作后備電源使用，且大多數時(shí)間處于浮充電狀態(tài)。在此狀態(tài)下，蓄電池組自放電發(fā)生的能量損失在浮充電過(guò)程中得到補償；當直流供電設備發(fā)生故障時(shí)，由蓄電池對負載提供電能，保證負載的正常工作。但是電池組在浮充工作時(shí)，單體電池的端電壓由于種種原因會(huì )出現不平衡現象，如果得不到及時(shí)處理將直接影響整組蓄電池的壽命。

2　單體電池端電壓不平衡分析

　　電池組在浮充工作時(shí)，充電設備對蓄電池組始終給出一個(gè)特定的浮充電壓值和電流值，在長(cháng)期的浮充電過(guò)程中，由于電池熱力學(xué)因素（電解液濃度、溫度、活性物質(zhì)的狀態(tài)等）和動(dòng)力學(xué)因素（電流密度、電池結構、極板成分等）的影響，蓄電池組中各個(gè)單塊電池的浮充電壓必然出現高低不同，也是各單塊電池工作狀況的集中反映。端電壓已經(jīng)很高的電池有可能已充足了電，如果繼續充電將大部分變成熱量而損失掉，結果導致該電池失水，甚至熱失控而損壞；而端電壓比較低的電池，正常的浮充電流已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足其需要，須補充大電流才有可能趕上整組電池浮充電壓的平均值。而“均充充電”是無(wú)法使端電壓嚴重不平衡的單體電池得到完全平衡的?！熬涑潆姟睍r(shí)，充電設備是按照恒定的電量對電池組中的每個(gè)電池進(jìn)行平均充電，若充電電流或充電時(shí)間控制不當，有可能加大電池間的差異。因此，要想從根本上減小電池組端電壓的差異，使之符合用電設備的要求，延長(cháng)電池組的壽命，通常采用人工方法分別對每一只“落后”電池作單獨處理，這樣，既費時(shí)又費工，目前簡(jiǎn)便可行的方法就是裝接自動(dòng)電池組電壓平衡儀，保證電池組在整個(gè)工作過(guò)程中各個(gè)電池的端電壓始終保持平衡，從而減少電池組的維護量，延長(cháng)電池組的工作壽命。

3　系統結構和工作原理

　?。?）系統結構

圖1 系統機構圖

　　“鉛酸蓄電池組電池電壓自動(dòng)平衡儀”是由充電電路、檢測電路、比較放大電路、控制電路（含溫度補償電路、驅動(dòng)電路、保護電路、A/D 轉換器等）和實(shí)時(shí)顯示電路組成（時(shí)鐘、存儲打印、數據和圖形傳輸以及實(shí)時(shí)報警等部分），如圖1所示。

　　充電電路交流輸入，以單片機為管理核心的充電設備。開(kāi)機時(shí)自動(dòng)檢測電池組中電池的數量，可根據接入電池的數量自動(dòng)完成最高充電電壓設置，以“恒流—恒壓—浮充”三段式充電法對電池進(jìn)行充電。三段式充電設計可避免因為沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉充電機而導致電池的過(guò)充電或欠充電。檢測電路實(shí)時(shí)監測電池組的容量和各個(gè)單體電池的端電壓等技術(shù)參數，通過(guò)顯示電路顯示并傳輸給控制電路。如果單體電池端電壓出現不平衡，檢測電路得到的電壓與基準電壓經(jīng)誤差放大電路放大后，將該信號傳輸給控制電路，對落后單體電池進(jìn)行補充充電；而對高于浮充電壓的單體電池進(jìn)行泄放電處理。

　?。?）工作原理
　
　　“鉛酸蓄電池組電池電壓自動(dòng)平衡儀”是一臺自動(dòng)化標準較高的電池組測量維護設備。工作時(shí)，它以設定的浮充電壓和浮充電流對電池組充電，當巡檢到電池組中有落后電池時(shí)，就會(huì )及時(shí)給予補充均衡。如果某個(gè)電池的電壓落后太多，則由內置的充電電路（小充電機）對落后電池作浮充之外的單獨充電，此時(shí)該只電池中所流過(guò)的電流是：I=I浮+I充。而電池組中總的浮充電流不變，仍然保持設定值；在高于浮充電壓的電池中，啟動(dòng)放電電路，此時(shí)該只電池中所流過(guò)的電流是由兩部分組成:I總=I分+I池，總電流是由通過(guò)分流器上的電流和通過(guò)電池極板的電流。我們將電池的分流電壓的起點(diǎn)設定在2.25V，分流終止電壓設定在2.30V。當電池端電壓在2.25V至2.30V之間，平衡器都會(huì )使高于2.25V以上的電量旁路，使電池的端電壓保持在2.25V。因此，該設備能起到分流和補充充電作用，不但能有效地避免正常電池因過(guò)充電而受損，同時(shí)又能夠主動(dòng)地對“落后”電池自動(dòng)適量地補充充電，使落后電池的端電壓達到正常值，因而可以使全組電池的端電壓始終保持一致。

　　信號的搜集和信號的處理都是由單片機來(lái)完成的。由模擬信號采集器將到的電池電壓信號經(jīng)過(guò)A/D轉換后，送到單片機中進(jìn)行識別和量化處理，將處理后的信號送至執行電路去執行：平衡電池端電壓；控制小充電機的接通與斷開(kāi)；顯示電池的容量；實(shí)時(shí)儲存和打印電池的各項參數等。

　?。?） 溫度補償
　　
　　當環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，電池的輸出容量和端電壓都會(huì )產(chǎn)生相應的變化,這時(shí)的電池浮充電壓和充電電流均需要作相應的調整，否則會(huì )造成電池損害，并影響到電池的使用壽命。本設備設計了隨溫度變化而自動(dòng)調整浮充電壓的電路?？刂齐娐房梢允闺姵亟M在浮充電壓隨外界環(huán)境溫度的變化而自動(dòng)作相應的調整，用以補償因環(huán)境溫度變化而導致的電池端電壓的變化。

4　主控程序

　　軟件采用模塊化設計。主程序由初始化程序、鍵掃描和分析程序，開(kāi)機后，由鍵輸入控制工作狀態(tài)，巡檢各個(gè)電池的端電壓并顯示。分別調用相應的子程序，如圖2所示。

5　主要技術(shù)指標

　　平衡電壓：2.25V±0.01V
　　泄放電流：0.3 A～5A
　　充電電流：3A～6A
　　總電壓測量精度：0.001V
　　通訊接口： RS232
　　整機重量：約3.5Kg
　　體 積：　 88×265×480mm

6　結論

　　“鉛酸蓄電池組電池電壓自動(dòng)平衡儀”是一種綜合測量控制儀器，它不僅具有對電池端電壓的自動(dòng)平衡和控制功能，同時(shí)又具有主動(dòng)補充充電和泄放電獨特等功能，主要面向部隊、移動(dòng)通信、電力和電信等用戶(hù)，特別適用于高山及邊遠地點(diǎn)的基站，海島等無(wú)人值守基站的電池自動(dòng)維護和保養。


參考文獻：

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